建深度真實場景的三維視頻技術背景：三維顯示可以分為立體顯示(stereoscopic display,基于幾何光學)、光場顯示(light-field display,基于幾何光學)和全息顯示(基于波動光學)三種。由于立體顯示和光場顯示只能記錄和重建光的強度，在圖像的三維重建過程中造成相位丟失，因此三維圖像的質量可能會下降。相比之下，由于全息顯示器可以將光的強度和相位都記錄為全息圖，因此全息顯示可以準確重建光的相位，從而可以重建具有深度的高質量三維圖像。電子全息術可以通過在空間光調制器上顯示全息圖來重建運動圖像。為了使用電子全息技術實現三維顯示，科研人員已經對現實空間中的三維信息獲取、CGH計 ...

態成像技術背景：對動態的光學散射介質內部成像(如人體組織)是生物醫學光學領域的核心挑戰。 在過去的幾十年里，研究人員已經開發了各種各樣的技術手段來不同程度的應對這一挑戰。其中包括共聚焦和非線性顯微技術(現在可以以亞細胞分辨率對1毫米深的組織成像)、新型波前整形、飛行時間漫射光學(TOF diffuse optics)、光聲技術(成像深度擴展到厘米級,分辨率較低)等。動態散射樣品(由熱變化和細胞運動引起的微觀運動)的光學散射特征會隨時間快速變化，為有效的活體深層組織成像帶來了挑戰。一種可行的策略是直接測量散射樣品的內部動態，利用這些動態變化來輔助成像。例如，在此類方法中，主要目標不是形成基于強度 ...

云模型技術背景：電子全息術作為一種理想的3D圖像表示方法，吸引了研究人員的目光。然而，實時計算和顯示三維數據是很困難的，因為這需要大量的計算。為了加快計算機生成全息圖(CGH)的計算，一系列方法被提出，如：查找表法(look-up table)、遞歸關系法(recurrence relation)、波前記錄平面法(wavefront recording plane)、基于稀疏法(sparsity-based)、塊模型法(patch model)、多邊形模型法(polygon model)、射線-波前轉換法(ray-wavefront conversion)、基于層法(layer-based)。 ...

行計算技術背景：視頻全息術(電子全息術)于 1990年首次證實。隨著該領域的發展，可以清晰的意識到電子全息術的主要限制是缺乏高清顯示設備和需要高速計算。在此期間，顯示設備可實現的分辨率增加了10倍，從大約10μm到接近1μm，現在正接近使常規應用變得實用的水平。然而，隨著全息顯示精度的提高，計算量也隨之增加。例如，像素間距為1μm的1m × 1m全息圖需要10^12像素，而典型的二維顯示器約10^6像素(增加了 10^6 倍)。當考慮將三維圖像轉換為全息圖的成本時，需要增加 10^6 的計算能力。開發實用的全息三維圖像系統的研究主要集中在加快處理時間上。當前已經提出了基于查找表或差分法等技術的 ...

電計算技術背景：由電子驅動的計算處理器在過去十年中有了巨大的發展，從通用中央處理器 (CPU) 到專用計算平臺，例如圖形處理器 (GPU)、現場可編程門陣列(FPGA)和專用集成電路(ASIC)，以滿足日益增長的計算資源需求。這些硅計算硬件平臺的進步通過允許訓練更大規模和更復雜的模型，為人工智能 (AI) 的復興做出了巨大貢獻。各種神經計算架構在廣泛領域得到了廣泛應用，例如卷積神經網絡 (convolutional neural networks,CNN)、循環神經網絡 (recurrent neural networks,RNN)、尖峰神經網絡(spiking neural networks ...

體顯示技術背景：自由空間立體顯示器，或在空間中創建發光圖像點的顯示器，是非常類似于流行小說中三維顯示器的技術。這種顯示器能夠在“稀薄的空氣”中產生幾乎從任何方向都可以看到并且不會被剪裁的圖像。相比之下，全息圖像點只有處于從衍射二維 面出發，并在觀察者的眼睛處結束的線上時才可見。無論全息圖的構圖、分辨率或方向如何，這種被描述為“裁剪(clipping)”或“漸暈(vignetting)”的限制都會存在。裁剪的實際效果是必須像電視一樣觀看全息圖。也就是說，對于有限尺寸的全息圖，可實現的z佳面內視角是圍繞顯示表面有360°。然而，任何單個圖像點周圍的z大視角都小于 360°，并且隨著圖像點遠離全息顯 ...

場控制技術背景：光束轉換器(transformer)用于將給定的入射光束轉換為具有特定輻照度和相位(或波前)分布的輸出光束。它在光刻、材料加工、激光或 LED 投影儀、光通信以及光檢測和測距（激光雷達）中得到廣泛應用。折射、反射和衍射光學元件都可用于光束轉換器。常用的折射或反射光束轉換器，設計時通常基于射線光學理論。設計問題主要由三種類型的方程約束：光束的能量守恒、以向量形式的斯涅爾定律(Snell's law)支配的光線追蹤方程以及描述在輸入和輸出波前之間等光程的Malus-Dupin定理 。此外，對于制造問題，應考慮面型的表面連續性。光束轉換器的發展路線為從輸入和輸出光束保持平面波 ...

超表面技術背景：作為納米光子學的一個重要研究分支，光學超表面在過去十年中引起了很大的關注。精心設計的超表面可以在亞波長范圍內任意操縱局部光特性，從而使透鏡、棱鏡、波片、偏振片和分束鏡等傳統光學元件的平面化成為可能。 此外，靈活的設計策略進一步使超表面能夠在單層平臺上實現光波的多維操縱。例如，通過訴諸光偏振、波長和入射角，以及不同的空間復用方案，已經有實現不同功能的大量多功能超表面得到報道。但是這些多功能超表面僅在一個操作空間有效，即要么透射空間或反射空間。能夠獨立控制透射和反射空間中的光的光學器件對于構建超緊湊光學系統具有重要意義。這是zui近基于多層超表面實現的。據報道，四層金屬貼片可以協同 ...

光直寫技術背景：單分子顯微鏡極大地擴展了我們對細胞環境中蛋白質復合物的結構組織、功能構象(functional conformations)和動力學的了解。近來的研究在提高其空間分辨率 、穿透深度、活細胞成像能力和單分子成像方法上取得了顯著進展。具有高空間分辨率的單分子成像方法都采用軸向聚焦鎖定(如全內反射模式的紅外激光)和橫向校正方法(如熒光標記)的組合。以高準確度(~1nm)執行的實時三維聚焦鎖定將來自單個熒光事件的光子收集z大化，并且與沒有主動穩定的標準方法相比，定位精度提高了>10 倍。不準確或緩慢的主動校正會導致漂移，降低定位精度并顯著降低原位分辨率(即使在過濾或分組等分析后處 ...

求解器技術背景：散射理論描述了波與物質的相互作用，并用于物理和工程應用的各個領域。散射理論主要劃分為兩類問題：正向(forward)問題和逆向(inverse)問題。正向問題涉及從已知的結構化介質計算散射場，而逆向問題涉及從一個已知的散射場求結構化介質。當前已經有了數個被廣泛使用的正向求解器，如有限差分時域(finite -difference time-domain,FDTD)法就是其中之一。相比之下，逆向問題被認為要比正向問題的求解更具挑戰性(即便附加各種近似和假設前提)，這是因為逆向問題是病態(ill-posed)的，并且計算復雜。技術要點：基于此，韓國KAIST的Moosung Lee ...